高中化学远程研修化学反应原理模块 专题八 化学反应方向、限度和速率教学研讨
——基于问题解决的备课研讨
专题简介：
化学反应方向、限度和速率的教学是化学反应原理模块学习的重要内容，此内容的备课、教学中老师们常常会遇到一些问题。本专题将对教学中遇到的问题进行分析、提炼，找出此内容教学的基本问题，即对具体知识的学科本体的理解、对概念原理知识的功能与价值的剖析、对学生认识发展层级及认识发展障碍点的关注，并通过对具体课例的剖析（化学反应方向、化学反应限度、化学反应速率）解决对具体知识的认识，同时逐步形成化学反应原理模块教学设计的思路——以促进学生认识发展为本、实现概念原理知识的功能与价值的教学。
主持人：
北京师范大学化学教育研究所在读博士 北京市35中学高级教师 支 瑶 嘉宾：
教育部高中化学课程标准研制组组长 北京师范大学化学教育研究所所长 王 磊 教授
北京市第十五中学高级教师 徐 敏 山东省实验中学高级教师 王卫平
上 部
一、在化学反应方向、限度及速率的教师教学与学生学习过程中遇到的主要问题有哪些？
1 学生学习与教师教学的困难点有哪些？
徐敏：我的学生在学这部分内容时遇到了这样一些困难：首先在化学反应方向这一节，学生对几个概念本身存在疑问，如什么是化学反应方向、什么是自发反应、什么是熵，等都是模糊不清的。并且教师自身对化学反应方向及自发反应的关系理解的也不是很透彻，在课堂教学时不知道是用化学反应方向这个概念，还是用自发反应这个概念？熵的概念如此复杂，如何用通俗易懂的语言让学生理
解？同时这一节课的价值是什么？难道仅仅是为了能够判断一个反应能自发就行了吗？其次在化学反应限度这一节，学生对化学平衡常数所代表的含义，与平衡转化率间的关系及与化学反应限度、化学平衡状态之间的关系理解不到位，相互牵扯，混淆不清。教师在解释化学平衡常数与平衡状态间的关系时也感到很棘手，不能用通俗的语言让学生理解K和平衡态之间的关系。最后在习题解答的过程中，学生还面临着这样的困难：当遇到复杂体系的时候，有多个变量存在，学生在判断化学平衡移动方向的过程中就会存在比较大的障碍。
王卫平：新课程实施6年以来，我们在这方面遇到的问题是比较具有代表性的。在化学反应方向的教学和学习中，我们遇到了这样的问题：教师在教的过程中对于焓和焓变、熵和熵变、以及自发反应和化学反应方向的教学，经过这几年的磨练和相互交流，对深浅尺度及把握的程度都比较的合理，知道在教学中要浅显易懂，举生活中的实例，尽量简单，将化学反应方向的判断方法向学生解释清楚。虽然教师在教的过程中把握好了尺度，教学策略也没有问题，但是在学生反馈知识的理解及落实的过程中，教师发现仍然是有问题的。所以我认为教师的教和学生的学之间出现了问题。再一个具有代表性的地方是在化学反应速率的教学中。在当时的教学过程中，我们发现课本的主体内容与原来的教学习惯没有差异，因而教师在教学过程中也没有遇到什么难点，可是教材在后续出现了活化能、阿伦尼乌斯公式以及速率常数这些物理量，教师在教的时候不能把握这些内容的深浅，主要是因为不能理解这些量及概念的引入的原因，所以教师在教的过程中显得很生涩，因此学生在理解上也会出现问题。
场外讨论：
教师1：我们在教学设计中应该充分利用学生原有的认识。既然我们学生当中已经具备这样抽象的认识，那我们在教学设计中就要充分利用，让学生进行推理，泛化。
教师2：对化学反应速率，选修4第二节影响因素的教学，在必修中已经提到了影响因素，所以我们同样可以采用提问的方式引入教学，而把时间用在理论的解释，就是为什么这些因素会影响化学反应速率，用碰撞理论、活化能理论去解释，把理论解释作为一个重点。还有一个实际的应用方面，就是把重点放在影
响因素在实际中的应用这些地方。对于化学平衡这部分，在必修中提的非常简单，只提出化学反应中有限度，反应不能进行到底。所以在选修中重点是平衡的建立，刚才有很多老师也提到了，就是平衡的关联，平衡时候的特征有哪些，我认为在选修4中这部分是真正知识的衍生，拓展，难点也是在这个地方，所以我们在化学平衡的平衡观的建立，还有平衡状态的的特征，平衡常数、转化率及计算，就是定量方面在这体现的比较多。对最后一节，对中学阶段化学反应进行的方向只要点到为止，不要太拓展。
王磊：总体来看，关于这部分内容的教与学主要有两个层面的问题：一是具体性的难点。这类问题有很多，因为这部分内容的知识点很多，如何落实具体的教学要求，学生在这儿也会遇到一些问题，有些教师自身也不能很好的把握。如刚才徐老师谈的关于平衡常数、转化率、平衡态、限度等概念之间的关系，我们在培训中也经常听见老师反映这方面的问题，我们访谈学生的时候学生就更不明白了。二是观念性的难点问题。就是说这章教材我们到底要发展学生什么，要为学生对化学反应的整体发展贡献什么，承担什么样的责任，具有什么样的功能价值。也就是说这些具体知识点背后的认识发展的功能价值及其实现。我认为老师们在这方面也有难点。其中最典型的就是平衡常数和速率的教学。虽然平衡常数是新增内容，但是这个知识及考点都太典型了，因而它除了具有计算的价值之外，那么它还有什么意义。还有一个就是速率，没有太明显的新增知识，但是必修和选修都要讲它，这时就有一个挑战，就是教师在选修阶段教速率又该教什么，为什么而教。我想这里都反映出来了观念性建构的难点。 2 如何理解化学反应方向、限度及速率的学科本体问题?
主持人：通过现场嘉宾的讨论及场外采访，发现这一部分内容从教师的角度来看存在的问题主要是两个大的方面：一是关于学科本体的理解。通过调查与梳理，我们认为主要存在这样一些问题：对一些概念的理解，如如何理解熵、如何理解自发反应；还有就是一些关系，如刚才徐老师谈到自发反应与反应方向的关系、化学反应限度、化学平衡状态、平衡常数与平衡转化率之间的关系。在速率这部分主要是对活化能这一概念的科学理解。面对这些问题我们也请教了北京大学的高盘良教授和北京师范大学的王明召博士。
高盘良教授专访（场外）
高盘良：熵一般的理解就认为是乱七八糟，一个房间中衣服也不洗，被子也不叠，乱七八糟就是熵增加了；一副扑克牌往桌子上一扔，就说熵增加了。我认为这些都是对熵概念的错误理解。熵的概念建立在两个基础上：一是要有大量粒子才能谈熵，少量粒子谈不上熵；二是混乱度即为“均匀度”，越混乱就越均匀，事物存在的概率就越大。说道概率大家可能不陌生，如八个硬币，一扔出去，概率最大的状态是四个正面，四个反面。我们所谓的熵增加就是朝着概率增加的方向发展。所以我觉得对熵的概念的话，要有一个正确的理解，但是对于这个问题我仍然坚持这样的观点：先不熟悉，能够简单的把熵说一说；到将来逐渐熟悉，最后到熵的概念能在中学阶段讲好。我觉得这是对我们中学教学，对人才培养的贡献。
主持人：那在化学反应方向这一部分，还有一个很重要的概念就是自发反应，老师们不太清楚应该怎样向学生介绍这个概念，而且很多老师本身对自发反应这个概念也存在着一些误解，能把这个概念再给我们解释解释吗？
高盘良：任何一个变化都有一个方向问题，都有限度问题，包括化学反应。如水从高处向低处流，这是一个方向。我们说一个反应也有向哪个方向进行的问题。如氢加氧变成水，就是氢氧反应的方向。假如这个方向不能发生，可是我们又要得到这个产物，我们就要研究另一个条件让其变成自发进行的反应。所以方向问题不是一个可有可无的问题，而是实实在在的我们要研究化学问题的时候必须解决的一个问题。方向问题没有解决其他问题都没有研究的必要，因此我们要研究这个方向在这个条件下能不能发生，在另外一个条件下能不能自发，所以方向问题是第一位的问题。那么什么叫自发反应呢？就是说在温度、压力一定条件下，不进行任何干预，能够自动进行的反应。如氢加氧可以自动的变成水，水就不能自动的变成氢和氧，因此氢加氧变成水是自发的，水变成氢和氧是非自发的。这是一个很重要的问题。如水电解变成氢和氧行不行？但是经过了干预了，给了电功了。如太空中的水汽在日关照射下，在雷电的作用下，可以变成氢原子和氢氧自由基，这就不叫自发反应，因为有日光、雷电的作用。
主持人：原来我们从来不提反应限度，现在提反应限度，那化学反应限度和
化学平衡状态是什么关系？是不是就是全等的关系，完全可以相互替代的？还有就是平衡常数和平衡转化率又是什么关系？是不是它们都可以既描述限度，又描述平衡状态，又都是完全一一对应的？目前看来，很多了老师都是把这些完全等同起来，高老师您怎么看这个问题？
高盘良：反应限度的问题是一个普遍存在的问题，这里要分两个层次来说：一是有的反应的反应物能够全部彻底的变成产物，压根就没有平衡就谈不上化学反应限度，化学反应限度就为1。二是有的反应就不是这样，如氮加氢变成氨，这个反应并不能氮加氢全部变成氨，到了一定的时候就停住了，既有氮加氢，又有氨，这个反应就到了某一个程度就不能往下进行，这时就有一个反应限度的问题。反应方向问题完了之后，如果存在化学平衡，接下来就是反应限度在什么地方。所以我认为化学反应限度是化学反应的另一方面问题。关于反应限度与化学平衡状态的关系，首先我要说一个反应限度就存在一个反应平衡常数，但是对应着平衡常数的反应限度有千千万万个平衡状态，所以不要把反应限度与反应平衡状态联系在一起，与反应平衡常数联系在一起是可以的。转化率虽然受反应平衡常数的制约，但是它又不完全决定于平衡常数，如反应物的比例。所以平衡转化率从反应物的角度来反映限度，是从局部反映的反应限度。而平衡常数是严格的、确定的限度的一个定量表现。二是化学平衡常数与平衡转化率，平衡转化率只要改变如浓度比例关系就行。还有这么一个说法：“反应平衡常数越大，反应限度就越大”，这并不正确。一个反应就只有一个限度，但是平衡常数随反应书写的方式不同而不相同。如二分之一氮加二分之三氢变成一个氨，与一个氮加三个氢边变成二个氨，这两个反应的平衡常数显然不同，但它们的反应限度就只有一个，在温度、压力一定的条件下反应限度就是有一个。所以不要说平衡常数越大反应越完全，完全就是彻底，只有我刚才所说的是完全的，其他的都不完全，只是有的反应程度大一点，还是小一点；离1近一点，还是离1远一点。
王明召博士专访
王明召：如果没有反应历程的概念，学生很难理解活化能的含义，因为只有基元反应的活化能才有明确的含义，总反应的活化能的含义至今仍不清楚。因此，基元反应、反应历程等概念是整个反应速率理论的基础。